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Logró sintetizar un compuesto orgánico a partir de un compuesto inorgánico, poniendo fin de esta manera a la teoría vitalista de Jöns Jacob Berzelius.
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Berzelius desarrolló una notación química representando los elementos con símbolos simples. Cada elemento se codificó con la primera letra de su nombre en latín, agregando una segunda letra para diferenciar elementos cuyo nombre comenzaba con la misma letra.
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Descubrió que los jugos estomacales contienen Ácido clorhídrico, y que pueden separarse de los jugos gástricos por destilación. Propuso la clasificación de las sustancias alimenticias en carbohidratos, grasas y proteínas.
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Sugirió que las plantas transforman la materia inorgánica de la tierra y de la atmósfera en materia orgánica. Su obra Química orgánica y su aplicación a la agricultura y a la fisiología
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descubrió una sustancia en el jugo pancreático capaz de degradar otras sustancias biológicas. También descubrió que dicha sustancia, a la que llamó tripsina, se origina como un precursor inactivo, el tripsinógeno, que se transforma en la tripsina activa.
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Había establecido completamente la estructura química de la glucosa y la fructuosa. evó a cabo la estereometría e isomería de todos los azúcares conocidos
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Fue el introductor de la escala de pH como un modo simple de expresión
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Demostró que en la hidrólisis de las nucleoproteínas hay dos componentes: uno es una proteína y el otro el ácido nucleico que, a su vez, está formado por timina y adenina. También descubrió el ácido tímico, la agmatina y la histidina. Aisló las nucleoproteínas a partir de espermatozoides de peces y señaló la relación de los ácidos nucleicos con las bases púricas y pirimidínicas
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Descubrió la naturaleza proteica de las enzimas y logró aislar las enzimas Ureasa y Catalasa.
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Utilizó isótopos para etiquetar los componentes de los alimentos. Estos isótopos podrían reconocerse en los tejidos de los animales a los que se les alimentó, contribuyendo así al conocimiento de lo que sucedía con los alimentos en el metabolismo. Schoenheimer es conocido también por sus estudios sobre el colesterol y su relación con la aterosclerosis
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Descubrió que todas las reacciones conocidas dentro de las células estaban relacionadas entre sí, nombrando a esta sucesión de reacciones ciclo del ácido cítrico
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Descubrimiento del DDT como un insecticida usado en el control de infecciones causadas por insectos vectores provocadores de la malaria, fiebre amarilla, entre otras.
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En 1944 y con la colaboración de Colin MacLeod y Maclyn McCarty, Avery demostró que aquel principio transformante de Griffith era el ADN: la transformación persistía al tratar los extractos bacterianos con enzimas que rompían las proteínas, mientras que desaparecía al degradar el ADN.
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Descubrió una sustancia esencial (una de las llamadas coenzimas) que facilita a las células vivas la obtención de energía a partir de los carbohidratos, las grasas y los aminoácidos. Cuando una conezima se une a su parte proteica o enzima puede unirse al ácido acético y generar energía celular.
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Descubrió junto con Eugene P. Kennedy, que las mitocondrias son el sitio de fosforilación oxidativa en las células eucariotas
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Fue la primera persona en extraer la colagenasa de la bacteria Clostridium histolyticum
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Investigó el metabolismo y la biosíntesis del colesterol y de los ácidos grasos, así como diversas alteraciones metabólicas de origen hormonal
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Postuló que todas las especies de seres vivos han evolucionado con el tiempo a partir de un antepasado común mediante un proceso denominado selección natural.